国内火电厂烟气脱硝技术发展与产业分析

摘要：“十二五”期间，国家环保部将着力于减少氮氧化物（NOX）的排放。因此火电厂作为主要的氮氧化物排放源，需要采用有效的脱硝方法减少NOX的排放。本文简述了国内火电厂烟气脱硝技术和产业的发展状况，归纳了烟气脱硝相关的政策法规和行业规范，基于当前的烟气脱硝政策法规及市场结构对行业未来的发展和政策制度提出了分析和建议。

关键词：脱硝；SCR；市场结构；产业发展；政策建议

2012年7月，国务院总理主持召开国务院常务会议，讨论并通过了《节能减排“十二五”规划》，提出到2015年要确保实现国内氮氧化物排放总量比2010年减少10%的约束性目标。氮氧化物是我国主要的大气污染物之一，大气中的氮氧化物经过紫外线的照射能形成有害的光化学烟雾，对人眼和植被造成极大的危害。同时氮氧化物也会和空气中的水结合生成硝酸或亚硝酸形成酸雨，从而导致土壤酸化、农作物减产和建筑材料溶解等一系列危害。另外，氮氧化物在环境中浓度过高会对人体的呼吸系统产生危害，可以引起肺气肿、哮喘、支气管炎等疾病，因此在上世纪60年代NOX被国际公认为大气的主要污染物之一。在我国，超过三分之一的氮氧化物是由燃煤火力发电产生的，所以治理火电厂NOX的排放被列为环保部“十二五”期间的重点整治项目。据环保部统计，2011年我国氮氧化物排放总量为2404.3万吨，比2010年增长了5.73%，未能实现预期的减排目标，这使得我国治理氮氧化物的形势变得更为紧迫。

目前，国内火电厂对NOX排放的控制手段主要有两大类：一种是在火电机组运行过程中采用低氮燃烧技术，从而减少NOX的生成；另一种是对燃烧后产生的烟气中的NOX进行化学处理，减少排出气体中的NOX含量。近年来新投运的火电机组大多已经采用了低氮燃烧技术，然而仅使用低氮燃烧技术难以达到《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的要求，因此火电厂仍然需要进行烟气脱硝的处理，进一步降低NOX的排放量来达到环保部的要求。本文将从国内烟气脱硝技术现状和产业发展的角度做出回顾和分析，对未来几年烟气脱硝行业的发展进行思考。

1. 烟气脱硝技术发展状况

目前，国内市场上针对烟气脱硝主要采用三种技术：选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）和前两种方法的结合（SNCR-SCR）。

SCR是目前最常用的烟气脱硝技术，根据中国电力企业联合会的2011年度火电厂烟气脱硫脱硝产业信息统计，SCR脱销工程容量占总脱硝工程容量的96.8%。相比其他两种方法，SCR的脱硝效率最高，通常基于反应器和催化剂的合理选型可以达到80%～90%脱硝效率。

脱硝催化剂是SCR的核心，按照催化剂的外形制式来分，主要有蜂窝式、板式和波纹式三类，目前最常用的为蜂窝式，其次是板式，波纹式应用相对较少；按照适用温度来分，主要有高温催化剂（345℃～590℃）、中温催化剂（260℃～380℃）和低温催化剂（80℃～300℃），目前大多数催化剂都属于高温催化剂，低温催化剂主要还停留在试验阶段。

通常含有催化剂的反应器会布置在电厂锅炉省煤器和空气预热器之间，该段区域的温度分布在600℃-300℃之间，这样的温度条件很适合催化剂充分发挥其催化活性来还原NOX。

SNCR技术主要通过将尿素、液氨等还原剂喷入炉膛850～1100℃的区间内，使还原剂迅速生成NH3将NOX还原为N2，脱硝效率大约为25%～50%[5]。采用SNCR技术时需严格控制氨反应区域，使氨分布在合适的温度窗口内，若反应温度过高则氨被氧化生成额外的NOX，若温度过低则反应速率较慢，造成氨逃逸率提升。此外氨氮摩尔比、烟气还原剂混合程度等因素都对SNCR技术的脱硝效率有重要影响。考虑到SNCR技术的实现不需要催化剂，不受煤质和煤灰的影响，不需要额外的脱硝设备，反应系统的设置相对简单，所以SNCR技术的投资成本较为低廉。因此，SNCR适合在对脱硝效率要求不太高的情况下使用，或是在SCR和低氮燃烧技术已经使用的前提下排放仍不达标时作为一种技术补充的手段。

SNCR-SCR是一种结合了SCR高脱硝效率和SNCR低投资成本的新型工艺。SNCR-SCR从工艺上减少了原本SCR需要的喷氨格栅，从而降低了烟道阻力。同时通过调节SNCR环节还原剂的喷射量可以有效降低最大氮氧化物浓度，以此减少SCR环节的催化剂使用量。在国内脱硝技术起步阶段，由于脱硝催化剂采购成本较高，而SNCR-SCR兼具两种工艺特点，可以分步建立，在应对低排放标准时可以先建立SNCR部分，待排放标准提高后再建SCR部分，以此来减少催化剂的使用量和投资成本。然而随着脱硝技术和催化剂生产的国产化快速发展，SCR的建设成本和催化剂采购成本大幅下降，SNCR-SCR的成本优势也大幅削减。

2. 烟气脱硝相关政策及技术规范

早在上世纪70年代，工业发达国家，如日本、德国、美国等国就已经对NOX的危害有了高度的重视，同时采取了一系列手段对NOX的排放进行控制，主要通过对电厂燃煤过程进行控制减少NOX的生成和采用脱硝催化剂来减少所排放的烟气中的NOX含量。自此以后，针对火电厂减少NOX排放的技术有了快速的发展进步。

我国的氮氧化物的排放治理开始于“十一五”期间，相比发达国家起步相对较晚但随着环境恶化的加速和环保意识的提高，近几年中国对NOX的治理力度有了很大的提高。2003年12月，环保局和国家质检总局联合的《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2003）首次对火电厂氮氧化物的排放量做出了明确要求。至此以后大部分新建的火电机组都采用了低氮燃烧技术，部分已建火电厂结合自身条件进行了低氮燃烧的改建。同时，大批环保工程公司引进国外脱硝技术，逐步将商业化脱硝装置引进国内，初步应用于一些大中型容量的火电机组上。

“十一五”中期，随着《国务院批转发展改革委、能源办的通知》（国发[2007]2号）的正式颁布实施，大批20万千瓦以下的小火电机组被逐步关停，借此环保部希望能通过集中控制大容量机组的氮氧化物排放来实现污染物的减排目标。

“十一五”末期，国家环保部连续出台多条政策和指南，对火电厂氮氧化物排放做出了政策性指示和技术性指导。2010年1月，环保部颁布的《火电厂氮氧化物防治技术政策》重点控制对象是全国范围内20万千瓦及以上燃煤发电机组和热电联产机组，也包括大气污染重点控制区域内的所有燃煤机组和热电联产机组。该政策明确将低氮燃烧技术列为电厂氮氧化物控制的标配技术。同时，对烟气脱硝技术的选用做出了指导，其中建议“新建、改建、扩建的燃煤机组，宜选用SCR；小于等于600MW时，也可选用SNCR-SCR”。此外，对脱硝反应还原剂的选用和烟气脱硝二次污染控制也给出了指导性意见。在还原剂的使用方面要综合考虑安全、环保、经济等各种因素，尤其是选用液氨时要符合《重大危险源辨识》（GB18218）等相关规定，在人口稠密区推荐使用尿素作为还原剂。对氨逃逸和失效催化剂的无害化处理提出了初步要求。

2010年2月，环保部接连《燃煤电厂污染防治最佳可行技术指南（试行）》（HJ-BAT-001）、《火电厂烟气脱硝工程技术规范 选择性催化还原法》（HJ562-2010）和《火电厂烟气脱硝工程技术规范 选择性非催化还原法》（HJ563-2010）三个技术指南和技术规范文件。在《燃煤电厂污染防治最佳可行技术指南（试行）》文件中，对SCR和SNCR的工艺原理、脱硝还原剂的选用和比较、物料消耗及污染物排放、技术适用性及特点、最佳可行工艺参数、污染物削减和排放、二次污染及防治措施、技术经济适用性进行了简要的说明。同时对《火电厂氮氧化物防治技术政策》中未详细介绍的失效催化剂处理技术进行了补充说明，其中应首选催化剂再生，其次对不可再生部分应严格遵守危险固体废弃物的填埋规章执行。在《火电厂烟气脱硝工程技术规范 选择性催化还原法》（HJ562-2010）和《火电厂烟气脱硝工程技术规范 选择性非催化还原法》（HJ563-2010）中，环保部对SCR和SNCR烟气脱硝工程的总体要求、工艺设计标准、主要工艺设备和材料的使用、检测与过程控制方法和辅助系统分配备等作出了规定。其中，要求SCR法在催化剂的最大装入量情况下设计脱硝效率不得低于80%，氨气逃逸浓度宜小于2.5mg/m3，SO2/SO3转化率不大于1%，系统可用率不小于98%，烟气压降宜小于1400Pa，系统漏风率小于0.4%；要求SNCR法的氨逃逸浓度应控制在8mg/m3以下；系统对锅炉效率的影响应小于0.5%；不增加烟气阻力；寿命期内系统可用率应不小于98%，服务年限应在30年以上。

2011年7月29日，环保部正式了《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223-2011）。该标准最初于1991年，经过3次修订后提出了目前世界上最严格的火电厂NOX排放标准。本次修订明确规定重点地区新建燃煤锅炉氮氧化物（以NO2计）排放限值为100mg/m3，在原有限值的基础上直接减少了50%，该标准已于2012年1月1日起正式实施。这也意味着在接下来几年里国内新建或者改建的火电厂都将会使用脱硝效率更高的方式来减少NOX的排放从而达到排放标准。

2011年11月29日，发改委出台了脱硝电价补偿政策《发改价格[2011]2622号》，给予正常运行脱硝设备的火电厂试行每千瓦时0.8分的脱硝电价补助来应对脱硝造成的成本支出。进一步鼓励火电企业落实脱硝要求，力争实现“十二五”节能减排综合性工作方案的要求。

2011.07

3. 烟气脱硝行业的市场结构

3.1 脱硝市场容量迅猛增加

截止到2011年底，全国火力发电装机容量达到76546万千瓦，较2010年增长了8.3%的装机容量，其中燃煤发电机组容量为70667万千瓦[6]。2010年底，全国已投运的烟气脱硝机组容量超过2亿kW，2011年全国各大环保公司新增的投运脱销工程容量3806万千瓦。至此，目前仍有超过65%的火电机组急需上马烟气脱硝工程。预计到“十二五”末，我国煤电装机容量将达到9亿千瓦。据此推测，在今后的四年需要平均每年完成烟气脱硝1亿千瓦机组容量以上。由此可见，我国在“十二五”期间烟气脱硝工程的市场需求十分巨大。

3.2 大规模推广使用SCR技术

目前国内已投运的烟气脱硝机组以新建机组为主，且大部分采用SCR工艺。根据中国电力企业联合会统计，2011年期间采用SCR脱硝工艺的投运机组容量占年度脱销工程容量的96.9%。而在SCR技术中最常用的蜂窝式SCR催化剂也将获得很大的市场需求，预计“十二五”期间每年蜂窝式SCR催化剂需求量将超过10万立方米。因此在近两年内，国内SCR催化剂厂家尤其是蜂窝式SCR厂家纷纷上马准备投产。到2012年底，国内将有超过20家SCR催化剂生产公司投产。因此按照目前的催化剂生产行业发展来看，国内将有足够的国产催化剂来满足烟气脱硝的需求。

3.3 本土工程公司已具有独立完成烟气脱硝工程的能力

通过技术引进和自主研发改进，国内的-些环保公司或锅炉厂已具备SCR烟气脱硝工程的设计及总承包能力，基本满足了我国烟气脱硝市场的建设需求。近年来，我国大型火电机组的烟气脱硝工程均由国内锅炉厂或环保公司自主承包建设，并成功实现了大量的30万kW、60万kW及以上火电机组的烟气脱硝工程建设业绩。

4. 烟气脱硝的市场发展前景和政策措施建议

4.1 烟气脱硝行业市场的前景

近年来，电厂烟气脱硝工程大多采用SCR技术，市场占有率超过95%，并且根据目前的形势来看这一比例还会继续上升，这就使得其中起核心作用的SCR催化剂有了较大的市场空间。因此最近3年来，SCR脱硝催化剂生产厂家不断地涌现出来，目前国内市场上已经有20家左右的脱硝催化剂生产厂家。其中大部分厂家以生产蜂窝式催化剂为主，少数厂家生产板式催化剂。国内SCR催化剂技术来源包括美国、日本、韩国等SCR催化剂生产企业，并有部分厂家实现了自有技术的成果转化，但在目前阶段其中不少厂家面临业绩匮乏和产品稳定性不足等问题。同时，随着各个大型国有发电集团对脱硝要求的重视，越来越多极具实力的国有脱硝催化剂公司纷纷上马，依托自有电厂的条件、雄厚的资金背景投入和先进的技术设备，在市场竞争中获取有利位置，从而进一步压缩了中小型民营脱硝催化剂生产企业的成长空间。近年来，国内一些设备厂家已经能自主制造SCR催化剂生产所需的相关主体设备，同时国内催化剂生产厂家配合科研机构已经研发出SCR催化剂的生产工艺。这一发展趋势将使得烟气脱硝行业的准入门槛有所降低，为民营企业节约投资成本、提高产品竞争力等提供了积极的推动作用。

4.2 政策措施建议

（1）进一步完善烟气脱硝的政策法规和行业技术规范

欧盟、美国和日本等发达国家或地区的烟气脱硝工作起步较早，相关的政策和行业规范比起国内较为成熟。所以我国可以借鉴国外的烟气脱硝法律法规，结合自身发展特点和区域经济需求，尽快形成一套成熟可行的政策法规和行业规范。

（2）加大监管力度，切实保证脱硝政策要求的落实

加强对原有电厂氮氧化物污染治理设施的监管力度，加快建设污染源自动监控系统，促进节能减排。同时，加强产业结构调整力度，积极试行上大压小的策略，关停部分小火电，淘汰落后产能，实现能集中控制氮氧化物污染源头的目的，促进结构减排。

（3）推行相关鼓励政策，提高火电企业的脱硝积极性，加快NOX减排步伐。

推广排污权交易制度，激励企业采用跟优越的脱硝手段，实现超量减排，通过出售排污权获取经济利益。

合理使用排污费用，将所收取的NOX排污费用完全用于NOX治理，例如用来奖励老电厂烟气脱硝改造等。

对烟气脱硝相关产业的先进技术和设备引进提供方便，尤其是对一些目前仍然不能实现国产化合格生产的设备进口提供减免税收的优惠。

（4）在技术上要加大自主研发力度，积极研发出拥有自主知识产权的新技术新产品，摆脱对国外技术的依赖，降低进口技术转让的成本，从而降低烟气脱硝反应器、催化剂和配套设备的生产成本。

结语

随着环保政策要求的不断升级，国内烟气脱硝工程开展进度日益加快，同时为了配合新的减排要求，SCR技术在行业中的应用比例也逐步提高。从事烟气脱硝的工程公司通过近年来的经验累积，已经拥有了较为成熟的工程技术，而配套的SCR催化剂生产公司也大量投产，为“十二五”减排目标的实现提供了可靠的技术基础。

而对于市场来说，烟气脱硝行业目前正处于国家扶持阶段，受政策影响短期内烟气脱硝市场需求容量激增，行业的整体发展势头良好，但要想占据市场份额，企业必须要具备有良好的技术实力、工程经验和客户资源等条件，以此才能在激烈的市场竞争中站稳脚跟。同时相关企业需要有超前意识，发展多领域合作，将业务延伸至水泥、玻璃等同样需要脱硝的行业，并且突破地域限制，积极拓展海外市场，力争成为一个可长期健康成长的行业。

参考文献

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